一种乏燃料棒切割装置及方法与流程

本发明属于反应堆工程技术领域，特别涉及一种乏燃料棒切割装置及方法。

背景技术：

在核电工程技术领域，核燃料通常被制成燃料组件以便于其在核反应堆内进行裂变反应。以最常见的压水堆核电站为例，其采用低浓缩铀，并烧结成二氧化铀陶瓷芯块作为核燃料。几百个陶瓷芯块叠在一起装入细长的锆合金管内制成核燃料棒，若干核燃料棒组装在一起形成燃料组件。当燃料组件中的核燃料反应到一定的燃耗深度后，将会影响反应功率，需要从核反应堆中卸出，卸出的核燃料棒称之为乏燃料棒。

传统的乏燃料棒切割方式是在热室里采用切割机，利用高速转动的金属切割片对乏燃料棒进行热切割，还需要用纯水对高速转动的金属切割片进行切割冷却。切割过程中既产生中放废液，还易产生带有放射性的金属碎渣、碎末，对热室造成大面积的放射性颗粒物及气溶胶污染，随之，热室切割环境的剂量率升高，不仅影响对热室内设备的检修，还将加大对热室去污的难度及热室运行的费用支出。且传统的乏燃料棒切割机占用空间大，不易于机械手的操作。

技术实现要素：

发明目的

本发明克服了现有技术的不足，提供一种可远程操作，结构简单、占用空间小、可靠性高、能够有效地控制切割环境的放射性物质污染扩散、降低热室运行成本的乏燃料棒切割装置及方法。

技术方案

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供的技术方案如下：

一种乏燃料棒切割装置，该装置包括切管器、导流罩、管套、过滤器、低压鼓风机和顶杆；导流罩侧壁设有两个孔洞，切管器置于导流罩内，导流罩与管套连接；顶杆与导流罩孔洞在同一水平线上；在导流罩和低压鼓风机间设置有过滤器。

进一步，所述的过滤器可设置为前置过滤器和后置过滤器，前置过滤器设置在导流罩下端，位于管套内，后置过滤器设置在低压鼓风机前端，管套与后置过滤器通过风管连接。

进一步，所述的管套通过第一支架固定支撑，顶杆通过抱环固定在第三支架上，第二支架和第三支架上设置有固定夹。

进一步，所述的切管器的定位采用定位管。

进一步，所述导流罩呈漏斗状，上端开口，下端通过螺纹与管套连接。

进一步，所述管套内设有定位环，侧壁设置旋紧螺栓。

一种乏燃料棒切割方法，步骤如下：

(1)将支架和切割装置台架摆放在一条直线位置上，将固定夹高度和切割装置导流罩孔洞高度调整好。

(2)将乏燃料棒置于导流罩的孔洞内，将切管器置于需要切割的位置，使得切管器可进刀旋转切割乏燃料棒；

(3)调节乏燃料棒需切割的位置，开启低压鼓风机，切管器进行旋转切割，调整切管器，继续旋转切割，直至将乏燃料棒切断；

(4)将切断的乏燃料棒的切口处对准顶杆轴向旋进，使用顶杆将保护套压向乏燃料棒切割端口。

进一步，所述步骤(2)中将切管器置于需要切割的位置时采用定位管对切管器与被切割的乏燃料棒进行定位。

进一步，所述步骤(4)后，将前置过滤器取下，旋紧前置过滤器密封盖，对高放射性的金属碎渣、碎末进行封存，便于放射性废物再处置。

有益效果

本发明针对乏燃料棒具有高放射性，在操作空间有限的条件下，设计了一套可远程操作，占用空间小且便于机械手操作的装置；其中导流罩和低压鼓风机的组合能够有效地控制切割环境的放射性物质污染扩散、降低热室运行成本；旋转切管器切割乏燃料棒，使得乏燃料棒断口整齐，切口相对垂直；对切割断口通过顶杆安装保护套，防止在吊装、贮存乏燃料棒的过程中燃料芯块的脱落，有效地降低了对热室二次污染的风险。

附图说明

图1一种乏燃料棒切割装置的结构示意图

图2如图1所示的a部结构正视图

图3如图1所示的a部结构侧视图

1、切管器2、导流罩3、前置过滤器4、管套5、风管6、后置过滤器7、低压鼓风机8、保护套9、顶杆10、抱环11、固定架12、卡箍13、第一支架14、第二支架15、第三支架16、旋紧螺栓17、托板18、定位环19、定位管20、乏燃料棒21、管刀螺母

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。

一种乏燃料棒切割装置，结构如图1所示，主体包括切管器1、导流罩2、管套4、过滤器、低压鼓风机7、顶杆9和保护套8；如图2和图3所示，切管器1置于导流罩2内，切管器1为棘轮式切割工具，定位管19位于导流罩2上方，可插入切管器1空孔内，以固定切管器1的位置；导流罩2为透明耐辐照聚合物材料，上端开口呈空腔结构，呈漏斗状，下端通过螺纹与管套4连接；导流罩2侧壁相应位置设有两个孔洞，两个孔洞关于导流罩2圆心对称，使得乏燃料棒20可经过导流罩圆心穿过导流罩2；导流罩2两侧设置第二支架14和第三支架15以支撑乏燃料棒20，通过固定架11固定乏燃料棒20；导流罩下端通过螺纹与管套4连接，导流罩2的漏斗状在负压的作用下使得切割下来的金属碎渣、碎末有效地进入到过滤器内；在导流罩2和低压鼓风机7间设置有过滤器，过滤器可设置为前置过滤器3和后置过滤器6，前置过滤器收集金属碎渣、碎末，后置过滤器过滤气溶胶，前置过滤器3设置在导流罩2下端，位于管套4内，管套4为空腔结构，内部下部设有定位环18用以定位前置过滤器3，管套4侧壁设置旋紧螺栓16可固定、锁紧前置过滤器3；套管4设置在第一支架13上，可通过支架调节高度。后置过滤器6设置在低压鼓风机7前端，管套4利用卡箍12固定风管5连接到后置过滤器6，再通过风管5连接到低压鼓风机7；管套4通过第一支架13固定支撑。保护套8位于顶杆9一端，顶杆9通过抱环10固定在第三支架15上，与导流罩2孔洞在同一水平线上，顶杆9可利用机械手对顶杆后9端三爪旋动可实现水平旋进，顶杆9前端设有凹槽放置保护套8。可根据乏燃料棒20长度设置设有托板17的支架以支撑乏燃料棒20，本实施例中共设置2个托板支架。

一种乏燃料棒切割方法，具体步骤如下：

(一)在热室内将前置过滤器3置于管套4内，由定位环18固定位置，在管套4上放设置导流罩2，导流罩2与管套4通过螺纹连接；将定位管19放置到导流罩2上部，方向与乏燃料棒长度方向垂直，将切管器1放到定位管上，调整导流罩2的螺纹高度，使切管器1的刀具的切割中心线与在待切割乏燃料棒20的中线吻合，将支架上的托板17和固定架11一导流罩2孔洞的高度为准调整至同一水平线；将低压鼓风机7与后置过滤器6、置于管套4内的前置过滤器3的气体管路进行联接，用卡箍12进行紧固，保证管路联接通畅、并且没有弯折的现象。

(二)将乏燃料棒20置于切割装置上，用机械手将乏燃料棒20在切割装置水平位置乏燃料棒20方向调整从而确定切割位置；用专用扳手调整管刀螺母21的进刀量，使其刀片与乏燃料棒20紧密接触；观察并确认已经将乏燃料棒20夹持合适后，将定位管19放置在一旁备用；

(三)用机械手推动切管器1手柄前后往复运动，动作幅度要小要慢。反复旋转几次后，停止旋转。用专用扳手再次对管刀螺母21进行旋紧，使切管器1进刀与乏燃料棒20紧密接触；

(四)重复第3步，直到将乏燃料棒20切断。乏燃料棒20被切断后，将固定架旋紧螺栓16松开，把切割后乏燃料棒20的尾部一段向后撤出，让出固定夹11的夹头部分。将顶杆9旋转就位，顶杆9凹槽内放置保护套8，将切割后乏燃料棒20端头对准顶杆9旋进轴向，旋进固定夹11以固定切割后的乏燃料棒20。用机械手旋动顶杆9后端三爪，顶杆9向保护套方向旋进，将保护套8压向乏燃料棒20切割断口，从而实现封堵切割断口。临近顶端的端头套上标号为“1”的保护套8，切断的另一个端头套上标号为“2”的保护套8。之后对切割后的标记方式依此类推，切割顺序不会混乱。待切割下来的乏燃料棒20两端都已经紧固好保护套后，放入指定的存储容器中，并做好相应的记录；

(五)全部切割完毕后，将导流罩2旋下，用机械手将准备好的前置过滤器3密封盖，对前置过滤器3旋紧密封，后期进行环焊密封，确保高放射性的碎渣、碎末得到有效的处置。